Что значит рнк вируса sars cоv2 обнаружена
Новые ущербы от инфекции SARS-CoV-2 за пределами дыхательной системы
Автор
Редакторы
Статья на конкурс «Био/Мол/Текст»: Все мы помним, как с начала декабря 2019 года в китайском городе Ухань был выявлен ряд случаев пневмонии, связанных с коронавирусной инфекцией COVID-19 c серьезными симптомами, такими как респираторные проблемы (кашель, одышка, поражение легких) и лихорадка. Но вы когда-нибудь задумывались о том, что же происходит с остальными органами нашего тела? Так давайте разберём, как крошечный вирус может поражать не только дыхательную систему, но и вызвать повреждение других систем человеческого организма.
Конкурс «Био/Мол/Текст»-2020/2021
Эта работа опубликована в номинации «Школьная» конкурса «Био/Мол/Текст»-2020/2021.
Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.
Партнеры номинации — медико-биологическая школа «Вита» и «Новая школа».
Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.
Спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.
Введение
Согласно исследованиям немецких ученых, SARS-CoV-2 проникает внутрь организма с помощью клеточного рецептора — ангиотензинпревращающего фермента 2 (АПФ2; ACE2 — англ.), который специфически синтезируется в определенных органах и тканях. Соответственно, ACE2 играет важную роль в регуляции сердечно-сосудистой, кишечной, почечной и репродуктивной функций [1]. Попав в систему кровообращения, коронавирус, вероятнее всего, распространяется через кровоток [2]. Следуя этим данным, мы можем понять, как SARS-CoV-2 заражает не только дыхательную систему, но и представляет потенциальную угрозу для пищеварительной и мочеполовой систем, ЦНС и системы кровообращения.
Рисунок 1. Поражения органов, подтвержденные клиническими признаками или биопсией, у пациентов с COVID-19
Рисунок 2. Механизм вторжения SARS-CoV-2 в клетку
SARS-CoV-2 и пищеварительная система
Помимо главного рецептора ACE2, SARS-CoV-2 использует трансмембранную сериновую протеазу 2 (TMRPSS2), фермент, который также экспонируется на эпителиальных клетках тонкой кишки. Он способствует проникновению вируса в клетки [3]. Активность SARS-CoV-2 может вызывать модификации ACE2 в кишечнике, которые повышают восприимчивость к воспалению кишечника и диарее. ACE2 оказывает значительное влияние на состав кишечной микробиоты [4]. Первичные воспалительные стимулы вызывают высвобождение в систему кровообращения микробных продуктов и цитокинов, которые могут вызвать микробный дисбиоз и воспалительную реакцию.
Изменения микробиоты кишечника могут быть связаны с изменениями в иммунной системе и предрасположенностью к более серьезным последствиям COVID-19. Наш микробиом меняется с возрастом: в первые несколько лет жизни микробиота малоразнообразна и нестабильна [5], [6]; во взрослом возрасте стабильна и разнообразна, а к пожилому возрасту разнообразие микробиоты уменьшается, а дисбиоз увеличивается, что связывают с когнитивным дефицитом, депрессией и воспалением [7]. Сниженное разнообразие микробиоты — еще один фактор риска заражения COVID-19 для пожилых людей.
Рисунок 3. Инфекция SARS-CoV-2 и ее связи с осью легких—кишечника—мозга и дисбиозом микробиома
Изменение кишечной флоры также связано с ожирением, еще одним фактором риска для тяжелого течения COVID-19 [8], [9]. Жировая ткань может служить резервуаром для распространения SARS-CoV-2 и активации системного иммунитета [10]. Коронавирусная инфекция вызывает изменения в кишечной бактериальной флоре, которые могут повлиять на ось «кишечник—мозг». Таким образом, кишечная флора играет решающую роль в регуляции неврологических функций, таких как депрессия или тревога [11].
Следовательно, режим питания играет значительную роль во время заражения вирусом SARS-CoV-2. Из-за вирусной инфекции иногда начинается дисбиоз, который может быть скомпенсирован компонентами диеты и пробиотиками [12]. Несколько исследований показывают, что оптимальный иммунный ответ зависит от правильного питания [13], [14]. Недоедание может поставить под угрозу иммунитет, тем самым влияя на уязвимость ответа на COVID-19. Потребление достаточного количества белка имеет решающее значение для выработки антител, поддержания ворсинчатой морфологии кишечника и уровня кишечного иммуноглобулина, что улучшает кишечный барьер [15–17]. Таким образом, высококачественные белки являются важным компонентом противовоспалительной диеты, которая включает омега-3 жирные кислоты, витамины С и Е, фитохимические вещества, которые широко присутствуют в продуктах растительного происхождения (фруктах, овощах, орехах, злаках и т.д.) [18–21]. Правильная диета укрепляет иммунную систему и способствует защите организма от тяжелого течения COVID-19.
SARS-CoV-2 и центральная нервная система (ЦНС)
Кроме пищеварительной системы, коронавирусная инфекция (COVID-19) также затрагивает центральную и периферическую нервную систему. Неврологические проявления могут возникать по разным причинам, включая прямое вирусное поражение центральной нервной системы (ЦНС) и иммунноопосредованные процессы. Примеры заболеваний ЦНС при COVID-19 могут включать энцефалит (воспаление головного мозга), менингит и инсульт. В периферической нервной системе COVID-19 ассоциируется с дисфункцией обоняния и вкуса, повреждением мышц и синдромом Гийена—Барре, при котором иммунная система человека поражает собственные периферические нервы.
Рисунок 4. Коронавирусная инфекция и нервная система
Ученые Университета Гонконга отметили, что механизмы инфекции SARS-CoV-2 могут быть аналогичны механизмам инфекции SARS-CoV из-за 79,5% сходства последовательностей РНК этих двух коронавирусов [22]. Однако SARS-CoV-2 обладает более мощной способностью к распространению, чем SARS-CoV и MERS-CoV. Причина в том, что SARS-CoV-2 и ACE2 обладают более сильной связывающей способностью [23]. S-белок (спайк-белок) на поверхности коронавируса связывается с ACE2 и прикрепляется к поверхности клетки; затем сериновая протеаза (TMPRSS2) активирует S-белок, что помогает вирусу проникать в нейрон [1]. Так как клетки кровеносных сосудов экспонируют ACE2 в большом количестве, SARS-CoV-2 может атаковать эндотелиальные клетки в кровеносных сосудах головного мозга через этот рецептор и нарушить гематоэнцефалический барьер (ГЭБ — барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой). Нарушенный ГЭБ может способствовать вторжению вируса в ткани мозга и нейроны и привести к серьезным неврологическим осложнениям [24].
SARS-CoV-2 и система кровообращения
Помимо дыхательных путей, SARS-CoV-2 поражает сердечно-сосудистую систему. Это приводит к высвобождению высокочувствительных сердечных тропонинов (hs-cTnl) — белков, содержащихся в сердце и скелетных мышцах человека. В процессе заражения мембраносвязанный белок ACE2 может расщепляться трансмембранным дезинтегрином ADAM17, высвобождая ACE2 в кровоток. Таким образом, вирус циркулирует в крови зараженного организма. Воспаление сосудистой системы и миокарда может привести к миокардиту, сердечной недостаточности и быстрому ухудшению состояния больного [25].
Рисунок 5. Сердечно-сосудистое поражение при COVID-19
SARS-CoV-2 и мочеполовая система
Инфекция репродуктивной системы требует большего внимания, потому что она не только влияет на нынешнее поколение, но также может распространяться на потомство через поврежденные гаметы. На сегодняшний день несколько исследований подтвердили влияние SARS-CoV-2 как на мужскую, так и на женскую репродуктивную систему [26], [27]. В настоящее время хорошо известен факт, что мужчины более восприимчивы к инфекции SARS-CoV-2 и у них выше уровень смертности, чем у женщин. Это объясняется тем, что клетки семенного протока и сперматогонии синтезируют много ACE2 [28–30].
По мнению ученых, SARS-CoV-2 нарушает репродуктивные функции мужчин через несколько механизмов, таких как воспалительные реакции, окислительный стресс и апоптоз [31–33]. Инфекция SARS-CoV-2 приводит к перепроизводству активных форм кислорода, которые могут усиливать внутриклеточные сигнальные пути (NF-κB-TLR). Это приводит к высвобождению цитокинов, что еще больше усиливает воспалительный ответ. К примеру, орхит, вызванный инфекцией SARS-CoV-2, может привести к окислительному стрессу в тканях яичка. Окислительный стресс может вызвать внутриклеточное окислительное повреждение сперматозоидов, что приводит к ухудшению их качества и мужскому бесплодию.
Рисунок 6. Инфекция SARS-CoV-2 и репродуктивная система
Рецепторы ACE2 были также обнаружены в женских яичниках [34], [35]. Можно предположить, что SARS-CoV-2 поражает ткань яичников и клетки гранулезы и таким образом ухудшает функцию яичников и жизнеспособность ооцитов, что может привести к бесплодию или невынашиванию [33]. Недавно ученые (Виванти и др.) сообщили о трансплацентарной передаче вируса от матери, инфицированной COVID-19, новорожденному. Мать была инфицирована в последнем триместре беременности, и гены SARS-CoV-2 были обнаружены в ткани плаценты. Согласно этому отчету, трансплацентарная передача может привести к воспалению плаценты [36]. Однако стоит отметить, что плацента имеет плацентарный барьер, который не смешивает кровь матери и плода, тем самым защищая плод от всех видов материнской инфекции. Невосприимчивые клетки плаценты обладают противовирусными свойствами, которые дополнительно предотвращают проникновение SARS-CoV-2 в клетки ребенка [37].
Вывод
Прочитав эту статью, мы с вами узнали, как вирус поражает не только дыхательную систему, но и другие системы человека. Это осложняет потенциальные клинические проявления и затрудняет лечение случаев COVID-19. Однако биомедицинские исследования могут помочь нам больше узнать о способностях нового коронавируса и о том, как с ним бороться, чтобы определить важные ориентиры для дальнейших исследований, диагностики и лечения. Также стоит всегда помнить, что соблюдая правильную диету и карантинные меры, мы снижаем риски заражения и ухудшения состояния здоровья во время COVID-19. Ведь вирус не всегда может вызвать вышеуказанные осложнения, если мы будем правильно заботиться о своем здоровье.
Что значит рнк вируса sars cоv2 обнаружена
Своевременная и качественная диагностика – один из ключевых факторов в борьбе с COVID-19: диагностика необходима и для оценки общей эпидемиологической ситуации, и в случае принятия решения по каждому конкретному пациенту. По данным сайта стопкоронавирус.рф на 12.05.2020 г. проведено более более 5,8 миллионов тестов на наличие нового коронавируса. Цифра огромная. Однако, насколько достоверны результаты? Появляется все больше историй о типичной картине COVID-19 при отрицательных анализах. Почему так может происходить?
Сначала поговорим о ПЦР-тестах, которые специфически выявляют РНК вируса в пробах.
Взятие пробы для ПЦР
Показано, что для выявления нового коронавируса подходят смывы из носоглотки – из ротоглотки вероятность ложноотрицательного анализа немного выше [ 1 ]. Один из важнейших аспектов – время взятия материала. Проведенные исследования показывают, что при взятии материала у больного в первый день проявления симптомов COVID-19 положительный диагноз поставят с вероятностью 94 %, а вот к 10-му дню это будет всего лишь 67 %! [ 2 ].
Существует четкая закономерность: чем позже от возникновения симптомов взят материал, тем меньше шансов обнаружить в нем вирусную РНК.
Есть и хорошие новости: в течение первой недели от возникновения симптомов носоглоточные смывы имеют порядок от 100 000 до 1 000 000 копий вирусной РНК в 1 мл, что делает их легко обнаруживаемыми даже не самыми чувствительными системами. Исследования также показали, что вирусная нагрузка в верхних дыхательных путях может быть одинаковой у людей с проявленной симптоматикой и при бессимптомном течении болезни [ 3 ].
Транспортировка и хранение проб для ПЦР
Точность разных ПЦР-тест-систем
После попадания образцов в лабораторию правильность диагноза будет зависеть во многом от тест-системы, которую там используют. На сегодняшний день помимо двух тест-систем, разработанных еще в январе в ГНЦВБ «Вектор», зарегистрировано 8 ПЦР-тест систем [ 5 ]:
Из них системы «Вектора» и «Вектор-Беста» (последняя через сеть лабораторий «Инвитро» [ 6 ]) используются для исследования проб от государственных медицинских организаций. Здесь хочется отметить, что система «Вектора» не содержит в своем составе внутреннего контрольного образца, который должен добавляться во все пробы для контроля правильности выделения РНК и реакции обратной транскрипции [ 7 ]. Отсутствие такого контроля может также потенциально приводить к некоторому количеству ложноотрицательных результатов. Хорошая новость заключается в том, что остальные зарегистрированные тест-системы имеют в своем составе внутренний контроль, а также, по-видимому, обладают более высокой чувствительностью, т.е. дают меньше ложноотрицательных результатов.
Таким образом, в городах, где представлены сетевые лаборатории, есть возможность сдать анализ частным образом и надеяться на точность проведения процедуры. В первые дни появления симптоматики точность будет выше.
Экспресс-системы
Что касается экспресс-тест-систем, то есть опасения, что созданные в сжатые сроки «уникальные» тесты по своему качеству будут уступать системам, основанным на обычной ПЦР. Насколько надежны эти системы покажет время, однако уже сейчас количество ложноотрицательных результатов ПЦР в совокупности с длительностью ожидания результата привело к тому, что в клиниках страны диагноз стали ставить не на основе ПЦР-анализа, а на основе результатов компьютерной томографии (КТ).
КТ
Преимущество КТ-диагностики при наличии клинической картины – это скорость постановки диагноза и более высокая чувствительность по сравнению с реальностью ПЦР-диагностики: 97,2 % против 83,3 % согласно данным небольшого китайского исследования [ 12 ]. Начиная с 4-5 дня заболевания можно различить так называемый симптом «матового стекла», на стадии прогрессирования такие участки консолидируются, возникает симптом «булыжной мостовой», «обратного ореола», а в пиковая стадии – «белое легкое» [ 13 ]. Возникает закономерный вопрос: отличается ли картина пневмонии, вызванной именно новым коронавирусом, от заболеваний другой вирусной природы. Ответ – нет. Вирусные пневмонии, будь то аденовирус, грипп или другие респираторные вирусы, выглядят на КТ одинаково.
Однако в условиях пандемии, когда подавляющее большинство вирусных пневмоний имеют коронавирусную природу, использование КТ для диагностики становится более чем оправданным. В последней версии методических рекомендаций Минздрава по профилактике, диагностике и лечению COVID-19 указано, что «наличие клинических проявлений в сочетании с характерными изменениями в легких по данным КТ или обзорной рентгенографии органов грудной клетки вне зависимости от результатов однократного лабораторного исследования на наличие РНК SARS-CoV-2 и эпидемиологического анамнеза» является клинически подтвержденным случаем COVID-19 [ 14 ]. Отметим также, что объем поражения легких при РГ и КТ может не иметь прямой корреляции с клинической тяжестью заболевания.
ИФА (иммуноферментный анализ)
ПЦР-тест-системы, как и КТ-диагностика выявляет COVID-19 в острой фазе. Однако весьма актуальна и информация об уже переболевших, на основании которой можно судить об охвате населения заболеванием, а также о числе бессимптомных случаев. Ответы на эти, а также на многие другие вопросы, может дать тест-система на антитела. На сегодняшний день разработкой таких тест-систем помимо «Вектора» занимаются такие организации как «Вектор-Бест», «НПО «Диагностические системы», ФНКЦ ФХМ ФМБА России, «МБС-Технологии», а также «Генетико» и Институт молекулярной биологии РАН [5]. К сожалению, тест-системы на антитела требуют намного больших усилий и времени на разработку, чем ПЦР-системы, а их чувствительность и специфичность оставляет желать лучшего. Так, проведенное в США исследование доступных система на антитела показало, что лишь 3 из 14 систем дают надежные результаты (т.е. не более 1% ложноположительных результатов), но при этом их чувствительность не превышает 90% относительно положительных контрольных образцов [ 15 ]. Какова будет чувствительность и специфичность разрабатываемых российских систем – пока неизвестно.
Итак, самое разумное, что вы можете сказать клиентам:
Регистрируйся на нашем сайте и получай доступ ко в сем материалам о COVID-19 в специальном разделе.
Отвечаем на вопросы в прямых эфирах Вконтакте: https://vk.com/pharmznanie
Обсудить последние новости со всеми коллегами России вы можете в чатах:
Интерпретация диагностических тестов на SARS-CoV-2
Пандемия коронавирусной инфекции 2019 года (COVID-19) продолжает оказывать свое влияние на весь мир. Знания о диагностических тестах на SARS-CoV-2 по-прежнему расширяются, и крайне важным является понимание смысла этих тестов и правильная интерпретация их данных. Этот материал объясняет, как интерпретировать два типа диагностических тестов, обычно используемых для диагностики инфекции, вызванной SARS-CoV-2 — ПЦР с обратной транскрипцией и ИФА для определения IgG и IgM — и как их результаты могут изменяться с течением времени.
.
Определение вирусной РНК методом обратной транскрипции
На сегодняшний день наиболее часто используемый и достоверный тест для диагностики COVID-19 — это ПЦР с обратной транскрипцией. В качестве материала для исследования чаще всего используют мазок из носоглотки или реже другие образцы из верхних дыхательных путей, например, мазок из ротоглотки или слюну. Производители используют разные целевые гены в структуре РНК, но большинство тестов определяет наличие таких генов, как env, spike (S), ORF1, ген нуклеокапсида (N) и ген РНК-зависимой РНК полимеразы (RdRp). По данным сравнительного исследования, тесты сопоставимо чувствительны к различным индивидуальным генам; исключение составляет зонд RdRp-SARSr, который обладает меньшей чувствительностью (вероятно, из-за несоответствия нуклеотидов в обратном праймере).
У большинства людей с симптомами коронавирусной инфекции нагрузка вирусной РНК в мазке из носоглотки определяется по порогу числа циклов (cycle treshold, Ct), выявляется со дня появления симптомов и становится максимальной в течение первой недели. Ct — это количество циклов репликации, необходимое для формирования флюоресцентного сигнала. При этом наименьший показатель Ct соответствует наибольшей нагрузке вирусной РНК. Показатель Ct менее, чем 40, клинически соответствует положительной ПЦР. Этот уровень начинает снижаться к третьей неделе заболевания и вскоре становится неопределяемым. Показатель Ct у госпитализированных пациентов с тяжелыми случаями инфекции ниже такового при легко протекающих формах; в тяжелых случаях положительная ПЦР может отмечаться более трех недель с момента начала заболевания, тогда как большинство легких случаев в это время будут показывать негативный результат. Как бы то ни было, положительная ПЦР отражает только присутствие вирусной РНК и не обязательно показывает наличие жизнеспособных вирусов.
В некоторых случаях вирусная РНК определяется методом ПЦР с обратной транскрипцией даже через шесть недель после первого позитивного теста. В нескольких случаях тест был положителен после двух последовательных негативных тестов ПЦР, проведенных с разницей в 24 часа. Неясно, было это обусловлено ошибкой в исследовании, реинфекцией или реактивацией. В исследовании девяти пациентов попытки изолировать вирус в культуре после восьмого дня с момента начала заболевания не увенчались успехом, что объясняется снижением инфекционных свойств вируса после первой недели. Отчасти поэтому «стратегия, основанная на симптомах» Центра по контролю и профилактике заболеваний показывает, что «медицинские работники могут приступить к работе, если как минимум три дня (72 часа) прошло с момента выздоровления: отсутствие лихорадки без применения антипиретиков и снижение респираторных симптомов (кашель, затруднение дыхания); и как минимум 10 дней прошло с того момента, как симптомы впервые появились».
Временная шкала изменения результатов ПЦР изменяется, если в качестве образцов используют не мазок из носоглотки. «Позитивность» ПЦР снижается медленнее в мокроте и может быть выявлена даже после того, как мазки из носоглотки уже отрицательны. В одном исследовании ПЦР была позитивна в образцах кала у 55 из 96 инфицированных пациентов (57 %) и оставалась позитивной после получения отрицательного результата в мазке из носоглотки с медианой 4–11 дней. При этом обнаружение позитивной ПЦР в кале не коррелировало с клинической тяжестью процесса. По оценкам Wolfel с соавт. длительность выявления положительной ПЦР в мокроте и кале одинакова.
В исследовании 205 пациентов с подтвержденной коронавирусной инфекцией вирусная нагрузка, выявленная ПЦР с обратной транскрипцией, была высокой в образцах, полученных методом бронхоальвеолярного лаважа (93 %), в мокроте (72 %), назофарингеальных мазках (63 %) и глоточных мазках (32 %). Ложноотрицательные результаты в основном появлялись при несоблюдении временного интервала забора образцов и нарушении техники забора, особенно в случае мазков из носоглотки. Специфичность большинства тестов ПЦР с обратной транскрипцией составляет 100 %, потому что дизайн праймеров высоко специфичен к геномной последовательности SARS-CoV-2. Случайные ложнопозитивные результаты могут появляться вследствие технических ошибок или контаминации образца.
Выявление антител к SARS-CoV-2
Инфицирование коронавирусом также может быть определено непрямым способом — путем исследования иммунного ответа пациента. Серологический диагноз особенно важен для пациентов с легкими или среднетяжелыми формами, которые могут начать наблюдаться поздно, по прошествии первых двух недель от начала заболевания. Серологический диагноз также становится важным инструментом для понимания степени распространения COVID-19 в популяции и выявления лиц, иммунизированных и «защищенных» от заражения.
Наиболее чувствительным и ранним серологическим маркером является общий уровень антител. Уровни IgM и IgG начинают нарастать со второй недели с момента появления симптомов; ИФА для их определения обычно становится положительным раньше, на четвертый день после появления симптомов, достигая максимального уровня на 2–3 недели заболевания.
Как было показано на 23 пациентах в исследовании To и соавт. и 85 пациентах в исследовании Xiang с соавт., сероконверсия IgM и IgG появляется у всех пациентов между третьей и четвертой неделями заболевания. К этому времени уровень IgM начинает снижаться, достигает наименьшего значения к 5 неделе и полностью исчезает к седьмой неделе, тогда как IgG выявляется позже седьмой недели. В исследовании 140 пациентов, чувствительность комбинации методов ПЦР и ИФА в отношении антигена нуклеокапсида (NC) составила 98,6 % в сравнении с таковой в 51,9 % у одной ПЦР. В течение первых 5,5 дней количественная ПЦР имеет более высокий рейтинг выявления положительных случаев, чем ИФА, затем этот показатель меняется.
ИФА для определения IgM и IgG имеет более чем 95 % специфичность для диагностики COVID-19. Первоначальная ПЦР, исследование парных сывороток и второе исследование через две недели могут повысить точность диагностики. Как правило, большинство антител продуцируются против наиболее интенсивно вырабатываемого протеина вируса — нуклеокапсида. Поэтому тесты, которые выявляют антитела к нуклеокапсиду, должны быть более чувствительными. С другой стороны, белок RBD-S — это белок прикрепления из организма хозяина, и исследование антител к нему должно быть более специфичным. Исследование одного или обоих антигенов для выявления IgG и IgM должно повысить общую чувствительность. Антитела могут, однако, показывать перекрестную реактивность в отношении SARS-CoV-2 и других коронавирусов.
Экспресс-тесты для детекции антител широко разрабатываются и продаются, имея при этом разный уровень качества. Многие производители не раскрывают природу используемых антигенов. Эти тесты редко показывают результат в качественном отношении; как правило, ими можно выявить только присутствие или отсутствие антител против SARS-CoV-2. Наличие нейтрализующих антител может показать только реакция нейтрализации, но высокие титры IgG в ИФА могут позитивно коррелировать с уровнем нейтрализующих антител. Длительность существование и функционирования нейтрализующих антител остается неизвестной.
Выводы
С использованием доступных доказательств была выработана клинически применимая временная шкала диагностических маркеров для детекции COVID-19. Большинство доступных сведений актуальны для взрослых не иммунокомпрометированных лиц. Время обнаружения положительной ПЦР и сероконверсии может изменяться у детей и некоторых групп взрослых, включая большое число бессимптомных пациентов, диагностика коронавирусной инфекции у которых требует активного вмешательства. Остается много вопросов, например, как долго сохраняется иммунитет у перенесших COVID-19 лиц с симптомами и без таковых.